国内动力电池的风险及安全防护措施分析

• 陈博 2023年10月20日 来源：中研网 626 36
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动力电池系统有一套复杂的管理和控制系统，时刻采集整个动力电池包的各种运行参数，进行计算、诊断、通信和开关控制。系统越智能化，当其发生故障时，后果也就越严重。举个例子，比如动力电池包内部的某个电芯过热，热管理系统失效，电芯存在热失控的风险，而这个时候的

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一、电芯起火爆炸风险

动力电池系统所采用的电芯，其能量密度非常高，以磷酸铁锂电芯为例，能量密度可达120Wh/kg，换算成焦耳，1千克的磷酸铁锂电芯含有120&TImes;3600焦耳=0.43MJ。1克TNT炸药可释放4184焦耳的能量，换算下来，1千克的磷酸铁锂电芯蕴含的能量相当于103克的TNT炸药。一辆纯电动汽车，其使用的电芯通常重达几百公斤，以100公斤电芯计算，总能量就相当于10公斤TNT炸药。

二、漏电造成的电击风险

为了提升整车的驱动效率，动力电池的直流输出电压通常都在100V以上，有时高达400V以上，有一定电气常识的人都知道，直流电压超过60V，就是危险电压。每年，因为电器、电线、电力设备等漏电所造成的电击事故，都会发生很多，也经常见诸媒体。那么，人们也有理由疑虑，电动汽车里面的高压带电部件，会不会漏电，并进而造成电击事故

三、环境适应风险

车辆的运行和使用环境非常复杂，既要经受高温高湿的考验，也有高原高寒的折磨，有平坦的铺装里面，也有崎岖不平的非铺装路面，既有极其干燥的地区，也有需要经常涉水的地方。车辆在行驶过程中，要经历高低温的循环考验，要经历沿海的腐蚀性气候，要经历暴雨洗礼和大水浸泡，要经受各种冲击、振动、跌落、甚至碰撞和翻滚。那么，在这些客观的环境面前，动力电池系统面临是否能经受各种恶劣的环境的风险。

四、过度使用风险

当产品销量足够大的时候，产品的使用，总有超过规定极限的情况或一些意外的情况，这是不可避免的。以手机为例，当充电保护失效的时候，手机电池可能因为过充而起火或爆炸。如果手机电池被尖利的金属穿刺，也有可能发生爆炸。电动汽车的动力电池系统面临是否能经受各种滥用的风险。

五、电池管理系统失效风险

动力电池系统有一套复杂的管理和控制系统，时刻采集整个动力电池包的各种运行参数，进行计算、诊断、通信和开关控制。系统越智能化，当其发生故障时，后果也就越严重。举个例子，比如动力电池包内部的某个电芯过热，热管理系统失效，电芯存在热失控的风险，而这个时候的温度传感器又坏了，或者软件程序不能正常判断并下发切断指令，又或者本该执行断开动作的开关，不能正常的断，风险是否会蔓延，并造成严重的安全事故等等风险。

国内动力电池的安全防护措施：

一、结构设计

动力电池作为电动汽车安全的核心，为进一步完善动力电池的设计安全，整车厂尤其是主流的整车厂，要基于结构安全的角度提升能量密度。而不能为了追求能量密度的补贴，而丧失设计本性，不惜一切代价的通过轻量化途径提升能量密度，造成结构安全、碰撞安全等问题。

二、高压防护

1、在维修或保养新能源汽车前一定要切断动力电源。

2、拆卸下来的电池总成的任何一部分都需要单独放置，不能将任何物品覆盖到电池组上面，远离一切火源或者热量大的物体，以及不能在太阳下暴晒。

3、谨慎拆卸汽车部件，需要对部件进行防水安放，因为这些最终部件最终都会组合成一个大的回路，如果有水，很有可能会造成短路。

4、需要身穿有效的防护设备，要正确的穿戴绝缘手套，绝缘鞋。

三、热管理设计

电池热管理系统是电池管理系统的主要功能，电池的热管理主要包括冷却、加热以及温度均衡等功能。冷却和加热功能，主要是针对外部环境温度对电池可能造成的影响来进行相应的调整。温度均衡则是用来减小电池组内部的温度差异，防止某一部分电池过热造成的快速衰减。通过导热介质、测控单元以及温控设备构成闭环调节系统，使动力电池工作在合适的温度范围之内，以维持其最佳的使用状态，用以保证电池系统的性能和寿命。

电池的温度直接影响了电池的安全性，因此电池的热管理系统设计研究是电池系统设计中最关键的工作之一。必须严格按照电池的热管理设计流程、电池的热管理系统及零部件类型、热管理系统的零部件选型及热管理系统的性能评估等多个方面来进行电池系统热管理的设计和验证，才能保证电池的性能和安全性。

电池热管理系统主要要求如下：

1) 避免热失控，有害气体产生时的有效通风;

2) 高温环境中有效散热;

3) 低温环境中迅速加速或者保温;

4) 减小电池温度差异，保证电池温度均匀性;

5) 电池温度的准确测量和监控。

四、滥用测试评估

作为一个产品，锂离子电池必须通过一系列测试，才能在手机、电动汽车等特定产品上应用，测试主要分为安全测试和滥用测试两种。

安全测试的项目如连续充电、高温等，涵盖了日常使用场景，验证日常使用中的安全问题。而滥用测试是一个专有名词，不是一个动词+名词。诸如挤压测试、针刺测试等滥用测试项目，模拟的是检测电池在不当使用下的场景。

简单来说，滥用测试模拟的场景都不大可能发生，但是通过这些测试可以说明电池在某个场景下的性能。用正态分布来表达，安全测试解决的就是主要的生活场景，而滥用测试覆盖极端场景，二者互为补充，非包含的关系。通过了滥用测试，不等于通过了安全测试。

滥用测试模拟的是电池在极端条件下的表现，电池安全的表象是起火，而电池起火的主要内因是电池内部短路释放大量的热，引发电池失效。

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